KR100984584B1

KR100984584B1 - 방화제

Info

Publication number: KR100984584B1
Application number: KR1020057002079A
Authority: KR
Inventors: 젠스 버거 닐슨
Original assignee: 젠스 버거 닐슨
Priority date: 2002-08-07
Filing date: 2003-08-05
Publication date: 2010-09-30
Also published as: MXPA05001518A; IL166681A; WO2004015026A1; WO2004015026A9; CN1681905A; NO335533B1; HK1077321A1; CY1114589T1; PL374185A1; EA008246B1; EP1546286A4; JP2005536246A; CA2494914A1; PT1546286E; PL205039B1; IS7687A; AU2002950614A0; UA84683C2; CN1306009C; EA200500318A1

Abstract

방화제 조성물 및 그의 제조방법. 물, 고 농축 알칼리, 및 무수 구연산, 구연산, 아세트산 또는 이의 관련 염 중 적어도 하나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 조성물. 조성물은 또한 아세테이트, 바이카보네이트, 카보네이트 및/또는 히드록사이드 음이온 중 적어도 하나 및 리튬, 나트륨 및/또는 칼륨 양이온 중 적어도 하나로부터의 알칼리 금속 염 또는 화합물(compound) 뿐만 아니라 인산염을 포함한다. 조성물은 그 후 일정량의 고 농축 알칼리 및/또는 구연산/아세트산으로 각각 조절함으로써 약 6.5% 내지 7.5%의 pH 값으로 조정된다.

Description

방화제{A FIRE RETARDANT}

본 발명은 방화제(fire retardant) 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명은 화재의 초기 단계에 관여하는 상당한 양의 열을 흡수하는 흡열(endothermic) 성질을 가진 방화제 조성물, 및 그러한 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다.

전통적으로 화재의 해로운 효과는 물을 사용하여 제어하여 왔다. 그러나 단독 성분으로의 물은 종종 적당하지 않거나 또는 일정 화재를 제어하는데 비효율적이다. 그러므로 화재 대비 제어 성분으로써의 물의 효율성을 개선하기 위하여 다양한 재료와 화학물질이 물에 첨가되어 왔다.

예를 들어, 액상 점토 현탁액(liquid clay suspension)과 같은 물리적 입자 현탁 시스템, 습윤, 분산 또는 침투를 돕기 위한 계면활성제를 포함하는 혼합물을 생성하기 위한 수용성 화학물질, 낮은 끓는점을 가진 화학물질과 같은 기포제(foaming agent), 또는 거품을 형성하기 위한 압축가스의 혼합과 같은 방법들이 화재 및 화재의 해로운 효과에 대항하는 제어 효과(combating effect)를 개선하기 위하여 물과 병용하여 사용되어 왔다.

그럼에도 불구하고, 이러한 재료들 및 조절된 물 조성물의 성질들 중 많은 것이 조성물이 유독성이고, 부식성이며, 및/또는 환경에 해롭다는 것과 같은 특성 때문에 본질적인 단점으로 문제시 된다.

예를 들어, 나트륨, 칼륨 또는 암모늄의 인산염은 화재를 제압하는 물의 능력을 개선하기 위해 물에 혼합될 때 다소 낮은 열분해 온도를 갖는 물을 초래하고, 따라서 일정 조건하에서는 사용 동안 끈적이는 잔류물을 남길 뿐만 아니라 독성 가스를 생성할 것이다.

게다가, 할로겐은 또한 화재 제어 성분으로써의 물의 효율성을 개선하기 위하여 통상적으로 첨가되는데, 이러한 것은 또한 할로겐이 지구의 오존층에 손실을 가져오고 독성 가스를 생성할 수 있는 것과 같은 환경과 관련된 불이익을 가져온다.

그러므로 이러한 통상적으로 알려진 통상적인 브롬화 또는 포스페이트 에스터 방화제뿐만 아니라 상기 화학물질을 포함하는 방화제 조성물 모두는 잠재적으로 생물학적 생명과 그것과 관련된 유전적 구조에 해로운 위험을 포함한다.

본 발명의 문맥(context)에서 방화제(fire retardant)는 상당한 양의 열에너지와 결합함으로써 화재의 발화(ignition) 또는 그것의 전개를 예방할 수 있는 화학적 산물을 표시하기 위하여 사용된다. 방화제는 화재의 발생 및 관련된 개방 화염(open flame)에 대항하여 일정 물질을 보호하기 위하여 물질에 적용될 수 있는 표면 보호(surface protection)를 제공한다. 개방 화염에 대항한 상기 물질의 이러한 보호는 화재에 연료를 공급하는 물질이 되지 않음으로써 화재의 개방 화염의 추 가적 전파를 예방한다.

그러므로 방화제 조성물이 본질적으로 환경적으로 도움이 되며, 생산하기에 비싸지 않고, 조성물이 사람 피부와 접촉하거나 삼켜지는 경우 잠재적인 심각한 손상이 없는 반면, 보호된 표면 위에 존재하는 개방 화염의 능력을 억제함으로써 화재의 전파를 제한하고 그것이 적용된 물질의 표면을 보호해야 한다는 문제점이 여전히 있다.

본 발명의 목적은 천연적으로 완전히 생분해(biodegradable)이고 예를 들어 화재 초기 단계와 관련된 열과 같은 상당한 양의 열에너지를 흡수할 수 있는 방화제 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 그러한 방화제 조성물을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이전에 유용하게, 또는 대안적으로 만들어져 온 종래의 방화제 조성물 및 그의 제조방법의 단점 및 결점들의 몇몇을 극복, 또는 적어도 실질적으로 개선하는 것, 적어도 대중에게 개선된 방화제 조성물을 제공하는 것, 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명의 일 형태로 다음을 포함하는 방화제 조성물이 제공 된다:

(a) 적어도 아래 (b) 내지 (e)의 수용성 성분을 비-부식성이 되는 양까지 용해시킬 수 있을 정도로 충분한 양의 물,

(b) 수산화나트륨, 수산화칼륨 및/또는 수산화리튬의 적어도 하나, 또는 그 들의 혼합물로 구성된 군중에서 선택된 고농도의 알칼리,

(c) 무수 구연산(anhydrous citric acid), 구연산, 아세트산(acetic acid) 또는 그들의 관련 염 중 적어도 하나, 또는 그들의 혼합물,

(d) 인산염(phosphate),

(e) 아세테이트, 바이카보네이트, 카보네이트 및/또는 수산화물(hydroxide) 음이온 중 적어도 하나 및 리튬, 나트륨 및/또는 칼륨 양이온 중 적어도 하나, 또는 혼합으로부터 선택된 알칼리 금속 염 또는 화합물(compound),

여기에서 상기 조성물은 pH가 6.5 내지 7.5가 되도록 각각 (b) 및/또는 (c)의 양에 의해 조절된다.

그러한 방화제 조성물의 이점은 많은 양의 열에너지를 흡수하고 그러므로 발화, 재점화, 또는 화재의 전파를 방지하기 위하여 물질 표면 보호 역할로 적용될 수 있다는 것이다.

다른 이점은 조성물은 상업적으로 쉽게 이용 가능하고 비싸지 않은 성분을 포함한다는 것이다.

그러한 조성물의 다른 이점은 화학물질 (b) 내지 (e)와 물을 포함하는 방화제 조성물은 환경적으로 우호적이라는 것이다.

이롭게도, 조성물의 많은 성분들이 쉽게 생분해될 것이고, 조성물은 그 pH가 중성에 가깝고 비 독성 성분들의 이온성(ionic) 수용액이기 때문에, 사용자가 접촉 시 피부 부작용이 없다.

또 다른 장점은 방화제 조성물을 구성하는 성분들이 어떠한 알려진 독성 또 는 카세르노제닉(casernogenic) 물질을 포함하지 않으며 따라서 그러한 조성물은 “Work Safe Australia criteria”에 따르면 “해롭지 않은(non hazardous)"으로 분류될 수 있다는 것이다.

그러한 방화제 조성물의 또 다른 장점은 조성물이 중성 pH에 가깝기 때문에 그것은 부식 효과를 줄이거나 감소시킬 수 있다는 점이다. 부식 효과를 줄이거나 감소시킴으로써, 방화제 조성물은 잡목림 지대의 산불 제어 또는 빌딩 내의 스피링클러 네트워크와 같은 호스/파이프 분포 시스템과 같은 예들에 적용될 수 있다는 것이다.

위원회(Community)는 화재의 비조절 전파(uncontrolled spreading)의 발생을 제어하는데 상당한 관심이 있다. 곧 그러한 산불은 숲 속 및 땅 위에서 “화재 중단(fire break)"으로 알려진 것을 도입함으로써, 또 방화제를 가지고 이러한 지역 내 잎(foliage)에 산포함으로써 조절된다. 그럼에도 불구하고, 이러한 종래에 알려진 방화제 조성물이 가진 위에서 언급된 문제점과 같이, 그들은 본질적으로 환경적으로 이롭지 않고, 그러므로 그것은 잠재적으로 적용된 물질에 해를 입히거나 물질을 죽일 수 있다.

그러나 본 발명의 방화제 조성물은 상기 조성물을 구성하는 성분들의 이점에 의하여 환경적 부작용 없이 식품 잎(foliage) 또는 숲 내 땅 위에 놓여질 수 있다. 환경은 어떠한 방식으로도 방화제 조성물 내에 존재하는 독성 또는 해로운 물질에 노출되지 않기 때문에, 조성물의 적용에 의해 숲 토양에 미래에 해를 입힐 위험은 없다.

본 발명의 방화제 조성물은 화재 발생의 위험이 있는 경우 스프링클러 시스템을 통하여 퍼지는 활성물질로 현재 사용되는 방화제에 대한 개선된 대안을 제공한다. 본 발명의 방화제 조성물이 가진 매우 좋은 에너지 흡수 능력과 환경 독성 물질이 없다는 점을 통하여, 예를 들어, 용접(welding) 또는 절단(cutting) 프로세스와 관련된 “열 작업(hot working)"에 의해 특징 지워지는 환경에서 사용될 수 있는 안전하고 실용적인 조성물이 제공된다. 이롭게도, 동일한 상황은 예를 들어 나무, 종이 및 셀룰로오스와 같은 가연성 프로덕트를 쉽게 저장 및 함유하는 보관 장소와 같은 균등한 환경에 있어 적용된다.

메탄가스와 함께 석탄 가루는 석탄 산업에 심각한 위험을 이루며, 본 발명에 따른 방화제는 석탄 가루 및 연속적 폭발의 점화 위험성을 대단히 줄인다.

본 발명의 방화제 조성물의 또 다른 장점은 그것이 직물의 색깔 또는 디자인과 관련된 불이익을 포함함 없이 쉽게 불이 붙는 직물에 사용될 수 있다는 것이다.

바람직하게, 방화제 조성물 고 농도 알칼리는 80% 이상의 농도이다.

바람직하게, 아세트산은 농축물(concentrate)이고 90% 이상의 농도이다.

바람직하게, 방화제 조성물은 인산염(phosphate)이 테트라 칼륨 피로 인산염(tetra potassium pyro phosphate)이라는데 특징이 있다.

바람직하게는, 테트라 칼륨 피로 인산염는 인산염 에스테르의 형성을 피하기 위하여 98% 이상의 고 농축 형태이다. 인산염 에스테르 형성의 단점은 부분적으로 이러한 에스테르가 생물학적 조직에 가져오는 환경적인 위험 때문이다.

바람직하게, 방화제 조성물은 무수 디칼륨 카보네이트(anhydrous Dipotassium carbonate)를 더 포함한다.

방화제 조성물에 포함된 디칼륨 카보네이트가 가지는 장점은 그것이 조성물을 안정화시키는 추가적인 성분을 구성한다는 것이다.

바람직하게, 방화제 조성물은 연화 성분(softening agent)을 더 포함한다. 바람직하게는, Ampholak YCE Berol과 균등 또는 동일한 효과를 가지는 계면활성제.

연화제를 포함하는 방화제 조성물이 가지는 이점은 일정 적용에 있어서 그것이 보호되어야 할 일정 표면에 부착하는 조성물 능력을 개선한다는 점이다. 예를 들어, 방화제 조성물이 직물에 적용될 때, 연화제(softener)는 직물을 구성하는 섬유 깊숙이 조성물의 효율적 퍼짐성을 제공한다.

바람직하게, 방화제 조성물은 결과적 비중이 1.1 내지 1.5가 되도록 조정된 조성물이다. 바람직하게는, 조성물의 비중은 약 1.3이다.

바람직하게, 방화제 조성물의 알칼리 금속 염 또는 화합물(compound)은 칼륨 아세테이트이다.

바람직하게, 방화제 조성물은 물의 중량으로 약 28% 내지 38%를 포함한다.

바람직하게, 방화제 조성물은 고 농축 알칼리 15-25%를 포함한다. 바람직하게는, 고 농축 알칼리는 수산화칼륨(potassium hydroxide)이다.

바람직하게, 방화제 조성물은 아세트산과 구연산의 혼합물을 포함한다. 바람직하게는 상기 조성물은 아세트산의 중량으로 약 8-13%를 포함한다. 게다가, 조성물은 바람직하게 구연산의 중량으로 17-24%를 포함한다.

바람직하게, 방화제 조성물은 디칼륨 카보네이트 약 6-10%를 포함한다.

바람직하게, 방화제 조성물에 포함된 인산염은 테트라 칼륨 피로 인산염(tetra potassium pyro phosphate)이다. 바람직하게는, 상기 조성물은 테트라 칼륨 피로 인산염의 중량으로 약 1.5 내지 3%를 포함한다.

바람직하게, 방화제 조성물은 약 3 내지 5%의 탄산수소나트륨(sodium hydrogen carbonate)을 포함한다. 바람직하게는, 연화제가 물질 위 상기 방화제의 효율적 퍼짐성을 위하여 상기 조성물에 첨가된다면, 그것은 상기 조성물 중량으로 0.5 내지 1.5%이다.

본 발명의 다른 형태로, 다음의 성분들이 교반 중인 용기에 연속적으로 첨가되는 방화제 조성물을 제조하는 방법이 있다;

(b) 수산화나트륨, 수산화칼륨 및/또는 수산화리튬의 적어도 하나, 또는 그들의 혼합물로 구성된 군중에서 선택된 고농도의 알칼리,

(d) 인산염(phosphate),

(e) 아세테이트, 비카보네이트(bicarbonate), 카보네이트 및/또는 수산화물(hydroxide) 음이온 중 적어도 하나 및 리튬, 나트륨 및/또는 칼륨 양이온 중 적어도 하나, 또는 혼합으로부터 선택된 알칼리 금속 염 또는 화합물(compound),

이에 의해 최종 프로덕트가 6.5 내지 7.5의 pH와 1.2 내지 1.4의 밀도를 가 지도록 첨가된 성분들이 채택된다.

본 발명의 다른 형태로, 다음의 성분들이 교반 중인 용기에 연속적으로 첨가되는 것을 특징으로 하는 방화제 조성물을 제조하는 방법이 있다:

(c) 물;

(d) 수산화칼륨(potassium hydroxide);

(e) 산성 산(acidic acid);

(f) 구연산;

(g) 디칼륨 카보네이트(dipotassium carbonate);

(h) 테트라 칼륨 피로 인산염(tetra potassium pyrophosphate)

(i) 탄산수소나트륨(sodium hydrogen carbonate);

(j) 연화제,

이에 의해 최종 프로덕트가 6.5 내지 7.5의 pH와 1.2 내지 1.4의 밀도를 가지도록 첨가된 성분들이 채택된다.

바람직하게, 방화제 조성물을 제조하는 방법은 교반 중에 첨가된 성분들이 외부에서 적용된 변화 가능한 자기장의 동시 작용 동안 기계적으로 생성된 에너지 웨이브(energy wave)에 의해 동시에 영향을 받는다는 것으로 또 특징 지워진다.

본 발명을 좀더 예시하기 위하여, 일련의 방화제 조성물이 자연적으로 완전히 분해 되는 유기산과 비-유기 알칼리로 제조되었는데, 그것들은 용기 내에서 교반하며 혼합되고, 화학반응이 일어나고, 화학 반응을 안정화시키는 물질이 함께 첨 가 되어, 형성된 염 및 방화제 조성물의 총괄적 특징은 흡열성의 성질을 가진다.

최적의 흡열성질을 갖는 최종 프로덕트를 생산하기 위한 디자인은 발열 반응을 포함하는 생성 프로세스를 이끌어 내다. 따라서 대량의 열이 혼합 단계 동안 발생된다. 생물학적 건강에 알려진 위험이 없는 단지 자연적으로 발생하는 원료 물질을 포함하는 방화제 조성물의 사용은 아래에서 설명된 방법에 의해 생산된 방화제 조성물의 일반적 사용을 위한 기회를 증가시킨다.

그럼에도 불구하고, 다음의 예들은 단지 예시적 목적으로 제공되는 것이고, 본 명세서에서 바로 개시하지 않는 작은 변화 및/또는 변경이 만들어질 수 있음이 인식된다. 어떠한 그러한 변형이 최종 프로덕트 또는 그것의 기능을 실질적으로 변경하지 않는 정도까지, 그러한 변형은 다음의 청구항들에 의해 한정되는 발명의 사상 및 범주 내에 속함이 이해되어야 한다.

실시예 1

방화제 조성물에 함께 포함된 성분들은 6.5 내지 7.5, 바람직하게는 7.1,의 약 염기성 pH 및 1.2 내지 1.4, 바람직하게는 1.3,의 밀도를 가진 유기염(organic salt)을 형성한다. 그러한 한정은 가능한 적용의 많은 영역에 있어 간단히 알려진 방법을 사용하여 상기 조성물을 적용하는 것을 가능하게 한다.

실시예 1은 화학적 열의 심한 발생(발열 반응)을 가져오는 유기산과 비-유기 용액의 혼합에 기초한다. 회전(x,y)의 일 상태(one plane)로 교반되는 용기에 용액(실시예 1, 2에서는 물과 같은)을 첨가함으로써 또 용액 자체가 회전하도록 물의 교반을 유지함으로써, 발열반응을 포함하는 조성물 내에 혼합되는 물질의 충분한 혼합을 위해 유리한 상태가 만들어진다.

아래에 중량으로 기재된 성분들이 고 속도 혼합 용기에 위치한 물 성분에 첨가될 것이다. 기재된 그러한 수치들은 총 방화제 조성물의 중량에 대한 퍼센트이다:

물 33%

수산화칼륨 21%

아세트산 10%

구연산 21%

포타쉬(Potash) 8%

테트라 칼륨 피로 인산염(Tetra Potassium Pyro Phosphate) 2%

탄산수소나트륨(Sodium Hydrogen Carbonate) 4%

연화제 1%

물 성분이 혼합 용기에 놓여지고 다른 성분들이 아래에 기재된 순서로 첨가된다.

물에 물의 회전의 중심에 향하게 유도된 기류 고 농축 (87% 이상) 수산화칼륨이 첨가된다. 예를 들어, 수산화칼륨과 같은 고 농축 알칼리의 첨가로, 화학반응 및 관련된 발열반응이 이러한 형태의 혼합으로 이루어질 것이다.

이러한 관련 혼합물은 회전되고 고 농축 산성 산(acidic acid, 96% 이상)의 유도 기류가 강하게 교반하는 동안 첨가되며, 이것에 의해 발열반응이 다시 일어난 다.

물이 완전히 없는, 자연적으로 발생하는 구연산이 그 후 계속적으로 회전 중인 혼합물에 첨가된다.

물이 완전히 없는, 포타쉬(potash)로 알려진 디칼륨 카보네이트 또한 그 후 계속된 회전 도중에 첨가된다. 카보네이트는 혼합물을 안정화시키는 중요한 성분을 구성한다.

인산염은 그 후 약 2%로 위에서 표시된 것처럼 낮은 비율로 첨가된다. 인산염은 인산염 에스테르의 첨가를 피하기 위하여 주로 테트라 칼륨 피로인산염의 형태 및 고 농축 형태(99.5% 이상)로 선택된다. 이것은 주로 인산염 에스테르를 사용하는 환경적 위험 때문이다. 테트라 칼륨 피로인산염은 강하게 교반되며 첨가된다.

탄산수소나트륨은 더 안정한 혼합물을 생성하기 위하여 인산염의 첨가 후에 첨가된다. 화학 원료 물질의 10%는 화학 프로세스 동안 이산화탄소의 형태로 방출된다는 것이 주지되어야 한다.

이러한 실험예에서 연화제는 조성물에 첨가된다.

최종 프로덕트의 pH는 수산화칼륨 또는 아세트산의 첨가로 바람직한 수치 예를 들어 7.1로 조정된다.

방화제 조성물은 마지막으로 그것의 밀도가 체크된다. 밀도는 약 1.3이어야 한다.

교반 중에 첨가된 성분들이 외부에서 적용된 변화 가능한 자기장의 동시 작용 동안 기계적으로 생성된 에너지 웨이브(energy wave)에 의해 동시에 영향을 받 는다는 것은 실용적으로 적용가능하다는 것이 증명되었다.

실시예 2

본 발명의 다른 예시적 형태의 이러한 실시예에서, 알칼리-금속 양이온이 그룹 1A 알칼리-금속들 리튬, 나트륨 및 칼륨으로부터 선택되고, 양이온들 리튬, 나트륨 및 칼륨, 및 음이온들 아세테이트, 비카보네이트, 카보네이트 및 히드록시로부터 선택된 하나 이상의 그룹 1A 알칼리-금속 염기성 염 또는 혼합물의 첨가에 의해 6.5 내지 7.5의 결과적 pH 범위를 가지는 디-알칼리-금속 시트레이트 염의 방화제 조성물.

바람직한 시트레이트 염은 디-칼륨 시트레이트(di-potassium citrate)이고 바람직한 염기성 염은 칼륨 아세테이트이다. 방화제 염 또는 염 화합물은 선택적으로 높은 온도에서의 흡열 능력 및 수행 안전성(performance stability)을 개선하기 위하여 소량의 테트라 칼륨 피로-인산염을 혼합할 수 있고, 이것은 일반적으로 적어도 잠재적으로는 인산염 계열의 해로운 것으로 생각된다.

방화제는 선택적으로 첨가적인 중화 또는 완충 화합물, 예를 들어 중탄산나트륨 및/또는 탄산칼륨을 포함할 수 있다.

방화제는 6.5 내지 7.5의 pH 값과 1.2 내지 1.4의 비중 값을 가지고, 실시예 2에 표시된 대로 제조될 때 방화제의 일반적인 분석(근사값)은 pH=7.15, SG=1.365이다.

구연산 염(citrate salt) 10%

아세테이트 염 28%

인산 염 2%

중탄산나트륨 3%

물 47%

다르게 표시되지 않는다면, 모든 퍼센트는 분자량에 근거한 중량 퍼센트이고 모든 pH 값과 비중 값은 20℃에서 측정된 값이라는 것이 주지되어야 한다. 고 염 농도는 pH 측정에 있어 “염-효과(salt-effect)"를 초래할 수 있다는 것 또한 염두에 두어야 한다. 용해도 데이터는 이러한 실시예에 따른 포뮬레이션(formulation)을 위해 참고 되고 고려되어야 한다.

방화제는 디-알칼리-금속 시트레이트를 생성하기 위하여 리튬, 나트륨 및 칼륨의 그룹 1A 알칼리-금속 양이온들, 음이온들 아세테이트, 비카보네이트, 카보네이트 및 히드록사이드에서 선택된 염기성 염 또는 화합물(compound)과의 조절된 반응을 통하여 원료 물질 성분 구연산으로부터 제조될 수 있다.

구연산은 192.070의 분자량, 622 gm/1의 용해도 (약 3 gmw 구연산/55 gmw H₂O), 및 용액일 때 1.3 내지 2.0의 pH를 가진다. 그것은 용액에서 온도 감소(흡열성)를 보인다. 염기성 물질과 구연산의 반응은 거품을 동반한 상당한 열에너지를 생성하고 과량의 거품형성을 피하고 온도를 낮게 유지하기 위하여 반응물 첨가의 속도를 조절하는데 주의가 기울어져야 한다. 첨가적으로, 스테인레스 스틸 혼합 용기와 효율적인 혼합 기술의 사용은 반응의 효율성을 증가시킬 뿐만 아니라 열 소산 (dissipation) 및 거품 분산에 도움이 된다.

다음의 단계는 두 번째 실시예, 및 그 제조방법에 포함된 다양한 반응들을 예시한다.

방법(step) 1

C₆H₈0₇ + 2KOH + 18H₂0 = K₂C₆H ₆0₇ + 20H₂0 + 열

192.070 + 112.216 + 324.288 = 268.254 + 360.320 = 628.574

42.7% + 57.5% = 100%

18 gmw 물 내 1 gmw 구연산 용액은 약 2.0의 pH를 형성한다.

2 gmw 수산화나트륨을 조절 첨가하고 온도를 50℃ 아래로 유지하는 것은 최대 pH 약 3.5까지의 모노-칼륨 시트레이트의 형성을 초래하고, 그 후 pH 약 3.5 내지 약 5.2의 디-칼륨 시트레이트의 형성을 초래한다.

9C₆H₈0₇ + 18KOH + 50H₂O를 포함하는 유사한 반응은 pH 5.6을 초래한다.

방법 2

구연산과의 염기성 반응물로 리튬 카보네이트를 사용하는 것을 제외하고는 단계 1과 유사한 방식, 즉,

C₆H₈0₇ + Li₂C0₃ + 18H₂O = Li ₂H₆0₇ + 19H₂O + C0₂

192.070 + 73.891 + 324.288 = 203.934 + 342,304 + 44.011 = 590.249

34.6% + 58.0% + 7.4% = 100%

리튬 카보네이트의 용해도는 1.3 gm/l로 매우 낮기 때문에 (1gmw Li₂C0₃/313gmw H₂O), 구연산이 물에 첨가되고 그 후 리튬 카보네이트가 반응물로써 첨가된다. 이 반응에서는 적은 열이 생성되지만, CO₂ 발달은 효율적인 혼합 또는 교반으로 완화되어야 하는 거품으로써의 상당한 부피 팽창을 초래한다. C0₂는 "온실효과(greenhouse)" 가스이기 때문에, 그것은 다른 용도를 위해 수집되어야 하고 대기 중으로 퍼지는 것이 막아져야 한다. 결과적 디-리튬 시트레이트의 pH는 4.5이다.

방법 3

동일한 방식으로,

2CH₃COOH + Li₂CO₃ + 8H₂0 = 2CH₃COOLi + 9H ₂0 + CO₂

결과적으로 pH는 5이다.

방법 4

용액의 열을 조절하기 위하여 10 gmw의 물에 2 gmw의 KOH가 천천히 첨가되고 온도는 약 50℃ 아래로 유진된다. 그 후 1 gmw의 아세트산이 1 gmw의 칼륨 아세테이트 CH₃COOK를 생성하기 위하여 천천히 첨가되며, pH는 약 9.5이다.

CH₃COOH + KOH + 10H₂O = CH₃COOK + 11H₂O + 열

60.054 + 56.108 + 180.160 = 98.146 + 198.176 = 296.322

33.1% + 66.5% = 100%

방법 5

방법 4와 유사한 방법으로,

18CH₃COOH + 18KOH + 50H₂O = 18CH₃COOK + 68H₂O + 열

1080.972 + 1009.944 + 900.800 = 1766.628 + 1255.088 = 2991.716

59.1% + 40.9% = 100%

이러한 방법은 KOH의 최소 용해도 필요량을 반영한다.

방법 6

고상 CH₃COOK는 물에 용해되고 이것은 2530 gm/l 또는 25CH₃COOK/55H₂O의 용해도 한계에서 약 8.7 내지 최대 약 11.1의 pH를 가진 알칼린 용액(alkaline solution)을 야기한다. 18CH₃COOK는 68H₂O에 첨가되고 용해된다. 130H₂O에 용해된 18KOH는 그 후 첨가되고 고상 구연산이 천천히 첨가된다. 반응은 다음과 같이 요약될 수 있다-

18CH₃COOK + 9K₂C₆H₆0₇ + 216H₂O

1766.628 + 2414.286 + 3891.456 = 8072.370

21.9%+ 29.9% + 48.2% = 100%

방법 7

성분들이 다음의 순서로 혼합된다:

물 (pH6.5) 33%

KOH (최소 85% lye) 21%

CH₃COOH (최소 96%) 10%

무수 구연산 C₆H₈0₇ 21%

이 단계에서 pH는 약 5.8로 측정되고, SG=1.310이다.

K₂C0₃ 무수 8%

K₄P₂0₇ (최소 99.5%) 2%

NaHCO₃ (최소 99.5%) 4%

계면활성제-Ampholak YCE Berol 1%

pH는 KOH, K₂C0₃, 또는 NaHC0₃의 첨가적 양을 사용하여 바람직한 값으로 조정되며, 또는 필요에 따라 CH₃COOK, 또는 아세트산 또는 구연산의 첨가적 양을 사용하여 조절될 수 있다.

이러한 실시예의 반응은 다음과 같이 요약될 수 있고:

180H₂0 + 18KOH + 18CH₃COOH = 18CH₃COOK + 198H₂0

18CH₃COOK + 198H₂0 + 18KOH +9C₆H₈O₇ = 18CH ₃COOK + 9K₂C₆H₆0₇ + 216H₂O

= 22% + 30% + 48%

부가적 성분들 때문에 위에서 언급된 전형적인 분석 결과에 근접한다.

실온에서 밀봉된 용기로 내부적으로 보호된 환경에서 보관된 방화제는 2년 이상의 저장 수명을 가진다. 외부 비보호 호주 가을/겨울 조건(external unprotected Australian Autumn/Winter condition)에 노출되었을 때 그것은 3개월 이내에 생분해될 것이다.

앞선 실시예들에 있어 온도, pH 및 비중의 측정은 방화제 프로덕트의 pH가 약 4.5 내지 6.5로 쉽게 조절 또는 완충될 수 있다는 것을 나타내고, 이러한 pH 범위의 장점은 중탄산나트륨 또는 탄산칼륨이 바람직한 알칼리-금속 염 또는 화합물에 적절한 비율의 방화제를 사용하여 알려진 “소다(soda)" 또는 "소다-산(soda-acid)" 원칙을 사용하여 중성에 가까운 거품을 생성하는데 도움이 된다. 상당한 양의 거품이 생성될 수 있다는 것을 보여준 실험이 수행되었고, 이러한 결과적인 거품의 pH 측정은 pH가 거의 중성으로 6.5 내지 7.5의 범위 내라는 것을 보여주었다.

본 발명의 방화제는 또한 비-독성이고 환경적으로 안전한 단백질-기반 성분 또는 플루오로요오드카본(fluoroiodocarbons, FICS) 중 일부와 같은 다른 팽창 성분(expansion agent)과 혼합에 이상적이다. 실용적 조건으로 60-75% 중량인 최소 물 함량으로 만들어진 본 발명의 방화제를 농축하여 사용하는 가압 공기 거품 시스템(Compressed air foam systems, CAFS)은 일반적 혼합 비율이 0.2% 농축액, 9.98% 물 및 98% 공기의 거품(평균 팽창 = 10)을 생성하는 0.2% 부피 농축이므로 특히 유리하다.

따라서 본 발명에 따른 방법에 의해 생산된 방화제 조성물은 자연적으로 완전히 분해 가능한 유기산들과 비-유기 알칼리들 사이의 화학 반응에 기초하며, 반응을 안정화시키기 위한 물질이 일정 첨가되고, 좋은 흡열성 성질을 갖는 염을 형성할 목적을 가지며, 자연적으로 분해 되는 비 독성 수용성 방화제를 얻는 목적에 적당하다.

비록 본 발명은 실시예 1 및 2에 의하여 상당히 구체적으로 설명된 특정 구현예로 설명되었지만, 이러한 설명은 단지 예시적인 것이고, 대안적인 구현예와 제조 기술은 개시된 내용을 바탕으로 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 분명할 것이기 때문에 본 발명은 반드시 그에 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.

따라서 표시된 바와 같이 설명된 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남 없이 만들어 질 수 있는 변형들이 예상된다.

Claims

(a) 하기 (b) 내지 (e)의 수용성 성분을 비-부식성이 되는 양까지 용해하는 양의 물,

(b) 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화리튬의 적어도 하나, 또는 그들의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택된 수산화 알칼리,

(c) 무수 구연산(anhydrous citric acid), 구연산, 아세트산(acetic acid) 또는 그들의 관련 염 중 적어도 하나, 또는 그들의 혼합물,

(d) 테트라 칼륨 파이로 인산염(tetra potassium pyro phosphate),

(e) 아세테이트, 바이카보네이트(bicarbonate), 카보네이트 및 수산화물(hydroxide) 음이온 중 적어도 하나 및 리튬, 나트륨 및 칼륨 양이온 중 적어도 하나, 또는 혼합으로부터 선택된 알칼리 금속 염 또는 화합물(compound)을 포함하고,

조성물의 pH가 각각 일정량의 (b), (c) 또는 이들의 혼합물에 의하여 6.5 내지 7.5 사이로 조절된 방화제(fire retardant) 조성물.
제1항에 있어서,

상기 아세트산의 농도는 90% 이상인 것을 특징으로 하는 방화제 조성물.
제1항에 있어서,

상기 수산화 알칼리는 80% 이상의 농도인 것을 특징으로 하는 방화제 조성물.
제3항에 있어서,

상기 수산화 알칼리는 수산화칼륨인 것을 특징으로 하는 방화제 조성물.
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제4항에 있어서,

상기 조성물은 무수 디칼륨 카보네이트(anhydrous dipotassium carbonate)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방화제 조성물.
제6항에 있어서,

상기 조성물은 연화제(softening agent)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방화제 조성물.
제7항에 있어서,

상기 조성물은 최종(resultant) 비중이 1.1 내지 1.4인 것을 특징으로 하는 방화제 조성물.
제8항에 있어서,

상기 조성물은 비중이 1.3인 것을 특징으로 하는 방화제 조성물.
제1항 내지 4항 및 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 알칼리 금속 염 또는 화합물은 칼륨 아세테이트인 것을 특징으로 하는 방화제 조성물.
제7항에 있어서,

상기 조성물은 상기 물을 28% 내지 38 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 방화제 조성물.
제11항에 있어서,

상기 조성물은 상기 수산화 알칼리를 15% 내지 25 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 방화제 조성물.
제12항에 있어서,

상기 수산화 알칼리는 수산화칼륨인 것을 특징으로 하는 방화제 조성물.
제13항에 있어서,

상기 (c) 성분은 구연산과 아세트산의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방화제 조성물.
제14항에 있어서,

상기 조성물은 상기 산성 산(acidic acid)을 8% 내지 13 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 방화제 조성물.
제13항에 있어서,

상기 조성물은 상기 아세트산을 17% 내지 24 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 방화제 조성물.
제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 조성물은 디칼륨 카보네이트을 6% 내지 10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 방화제 조성물.
제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 조성물은 테트라 칼륨 파이로인산염을 2% 내지 3 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 방화제 조성물.
제18항에 있어서,

상기 조성물은 3% 내지 5 중량% 탄산수소나트륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 방화제 조성물.
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